KR102378999B1 - 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈 - Google Patents

균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈에 관한 것으로, 무선마우스에 무선전력전송을 하기 위해 자기장을 발생하는 무선마우스 급전패드의 송신코일 구조를 개선하여 코일 턴과 턴 사이의 간격을 다르게 하여 마우스패드의 중심부에서 자기장의 분파가 강하지 않고 전 구간에서 일정하게 만들어 마우스의 위치에 따른 유도전압이 변하지 않게 만들어 통상 블루투스로 작동하는 무선마우스를 충전하거나 1회용 건전지를 사용할 필요없이 무선전력전송을 이용하여 급전패드 위에 올려놓기만 하면 작동시킬 수 있고, 수신모듈을 AA건전지 등의 일반 건전지 사이즈로 모듈화함에 따라 기존의 건전지 사이즈를 전원으로 사용하는 무선마우스의 설계변경 없이도 건전지소켓에 장착하기만 하면 무선마우스 급전패드로부터 공급되는 전원을 무선전력전송을 통해 공급받을 수 있는 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈을 제공한다.

Description

균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈 {Wireless Mouse Feeding Pad and Wireless Power Transmission Receiving Module with Uniform Magnetic Field}
본 발명은 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 균일한 자기장을 갖는 급전패드 상에서 자기유도방식 무선전력전송을 이용하여 배터리 없이 무선마우스를 동작 가능한 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈에 관한 것이다.
일반적으로 마우스는 키보드와 함께 PC, 노트북 등의 컴퓨터에 정보를 입력할 수 있는 입력장치 중의 하나로, 컴퓨터의 커서를 이동시키거나 컴퓨터 화면에 표시되는 UI(user interface)를 선택할 수 있도록 하는 입력장치이다.
이러한 마우스는 컴퓨터 본체와 유선으로 연결되어 컴퓨터 본체로부터 전력을 공급받아 구동되는 유선마우스가 여전히 많이 사용되고 있지만, 유선으로 인한 불편함을 해결하기 위해 무선으로 컴퓨터 본체에 마우스신호를 전달하는 무선마우스의 사용이 꾸준히 증가하고 있는 추세이다.
이러한 무선마우스는 마우스의 이동 및 버튼이 클릭될 때의 마우스신호를 무선으로 컴퓨터 본체로 신호를 전달하여 구동되는데, 이때, 무선마우스의 기능 수행을 위한 전원은 주로 배터리를 이용하고 있으나, 배터리는 주로 충전지나 일회용 배터리가 이용되며, 충전지의 경우 별도의 충전장치나 충전을 위한 전선이 연결되어야 하는 문제가 있다.
그리고, 일회용 배터리의 경우, 일정 시간이 경과하면 교체를 하여야 하므로, 교체에 따른 번거로움이 있고, 일회용 배터리의 사용에 따른 환경문제도 발생하는 문제가 있다.
물론, 이러한 종래 무선마우스의 문제점을 해소하기 위한 선행기술로서 공개특허 제10-2009-0060488호(참고문헌 1), 등록특허 제10-1874487호(참고문헌 2) 등이 제안된 바 있다.
참로로 참고문헌 1은 무선마우스의 충전장치에 관한 것으로, 컴퓨터시스템; 상기 컴퓨터시스템에 구비된 전원부; 상기 전원부에 전기적인 연결수단으로 충전상태표시부가 구비된 충전유니트부에 연결되어 전원공급을 받는 마우스패드(Mouse Pad); 상기 마우스패드(Mouse Pad)에 구비된 바디(Body)부의 소정부위에 1차전압발생부가 구비된 충전부; 상기 충전부의 1차전압발생부에서 발생된 유도기전력에 의한 2차유도전압을 생성시키기 위해 무선마우스에 구비된 2차유도전압생성부; 그리고, 상기 1차전압발생부와 2차유도전압생성부를 충전부의 충전포인트에 정위치시켜 주기 위해 충전부에 구비된 안착표시부; 를 포함하여 구성된 무선마우스의 충전장치가 제안된다.
그리고, 참고문헌 2는 무선 충전 기능이 적용된 장패드 충전 시스템에 관한 것으로, 지면에 접촉하는 후면에는 미끄럼 방지 돌기층이 형성되고 전면에는 소정의 복원력을 갖는 쿠션층이 형성되는 패드 본체; 자기유도방식으로 전력을 송신하며, 상기 패드 본체의 쿠션층과 상기 미끄럼 방지 돌기층 사이에 일정간격을 두고 배치되는 복수의 무선전력 송신부; 및 상기 복수의 무선전력 송신부의 무선전력 송신을 제어하는 제어부;를 포함하는 무선 충전 기능이 적용된 장패드 충전 시스템이 제안된다.
이러한 종래 참고문헌 1, 2의 무선마우스는 도 1에서와 같은 무선전력 전송용 송신코일을 사용한다. 이때, 도 1의 (a)는 일반적인 무선전력 전송용 송신코일이며, 도 1의 (b)는 해당 송신코일을 유한요소 해석프로그램을 이용해 시뮬레이션하여 자기장의 분포를 나타낸 것이다.
이에 의하면 종래 송신코일은 도 1의 (a)에서와 같이 코일의 턴(turn)간 간격이 일정하다. 이러한 코일을 무선 전력전송용으로 사용할 경우 도 1의 (b)의 자기장 분포와 같이 중심부에 강한 자기장을 갖고 바깥 부분에 약한 자기장을 갖게 되어 수신코일의 위치가 변화하게 되면 송신코일과 수신코일의 결합계수(Coupling coefficient)가 달라지기 때문에 위치에 따라 수신코일에 유도되는 전압이 변하게 된다.
따라서, 이러한 구조의 무선전력전송 기술을 컴퓨터용 마우스에 도입하여 마우스에는 수신코일이 구비되고 마우스 패드에는 송신코일이 구비하게 되면 마우스가 마우스 패드의 외곽에 위치시 결합계수가 감소하고 자기장이 약해져서 수신코일에 유도되는 전압이 감소하게 된다.
더욱이 이러한 문제를 해결하기 위해 참고문헌 2의 경우 무선전력전송 기술을 이용하였으나 별도의 배터리가 내장되어 마우스가 패드 외곽에 위치하여 충분한 전압을 유도받지 못할 때 배터리의 전원을 이용하게 된다. 하지만 배터리를 사용하게 되면 배터리의 과충전을 막기위한 송신부와 수신부의 통신모듈과 제어시스템이 필요하게 되어 생산단가가 상승하게 되는 문제점이 있다.
참고문헌 1: 공개특허 제10-2009-0060488호 참고문헌 2: 등록특허 제10-1874487호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 균일한 자기장을 갖는 급전패드 상에서 자기유도방식의 무선전력전송을 이용하여 배터리 없이 무선마우스를 동작 가능한 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
아울러 본 발명은 무선마우스 급전패드 상에서 균일한 자기장을 갖도록 하고 무선마우스에는 급전패드로부터 무선전력을 수신하는 수신코일과 정류기, 선형 레귤레이터를 일반 건전지의 형상과 크기를 가진 모듈 내에 모듈화시켜 일반 무선마우스에 쉽게 전용할 수 있는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
자기장을 발생하는 송신코일을 포함하는 무선마우스 급전패드와, 무선마우스에 구비되어 상기 송신코일의 전자기 유도 에너지를 집전하는 수신코일을 포함하는 무선전력전송 수신모듈로 구성되며, 상기 송신코일은 중앙에서 외곽으로 갈수록 턴과 턴 사이의 간격이 점점 줄어드는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈을 제공한다.
이때, 상기 송신코일은 사각형상의 급전패드 중앙에서 가장자리 방향으로 사각 나선형상을 이루며 외곽으로 갈수록 턴과 턴 사이의 간격이 점점 줄어드는 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 무선마우스 급전패드는 외부의 직류전원을 공급받는 USB포트와, 상기 USB포트를 통해 공급받는 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터와, 상기 인버터에서 변환되는 교류전원이 공급되면 자기장을 발생하는 송신코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 USB포트는 외부의 5V 직류전원을 제공받고, 상기 인버터는 5V 직류전원을 300KHz 고주파 교류전원으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 무선전력전송 수신모듈은 상기 송신코일의 전자기 유도 에너지를 집전하여 교류전원을 유도하는 수신코일과, 상기 수신코일에서 유도된 교류전원을 정류하는 정류기와, 상기 정류기에서 정류된 직류전원을 일정하게 만드는 선형 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 정류기는 반파 정류기이며, 상기 반파 정류기의 전단에는 수신코일의 공진을 맞추기 위한 공진용 캐패시터가 연결되고, 상기 반파정류기의 후단에는 상기 반파 정류기를 통해 정류된 직류전원을 평활하는 평활용 캐패시터가 연결되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 수신모듈은 무선전력전송을 위한 수신코일이 구비되는 전력수신용 PCB와, 상기 전력수신용 PCB의 상부에 구비되어 자기장으로 인한 전자파 간섭현상을 최소화하기 위한 페라이트층과, 상기 페라이트층의 상부에 구비되어 상기 수신코일에서 받은 전류를 정류하기 위한 회로가 있는 정류용 PCB로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 정류용 PCB는 PCB기판에 수신코일의 공진을 맞추기 위한 커패시터, 교류를 직류로 정류하기 위한 반파정류기, 전압을 일정하게 만들기 위한 선형 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 수신모듈은 건전지 형태로 이루어지는 플라스틱 재질의 케이스에 내장되며, 상기 케이스의 양단에는 전기가 통하는 금속재질로 +극 단자과 -극 단자를 구비하여 상기 수신모듈과 전선으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 무선마우스에 무선전력전송을 하기 위해 자기장을 발생하는 무선마우스 급전패드의 송신코일 구조를 개선하여 코일 턴과 턴 사이의 간격을 다르게 하여 마우스패드의 중심부에서 자기장의 분파가 강하지 않고 전 구간에서 일정하게 만들어 마우스의 위치에 따른 유도전압이 변하지 않게 만들어 통상 블루투스로 작동하는 무선마우스를 충전하거나 1회용 건전지를 사용할 필요없이 무선전력전송을 이용하여 급전패드 위에 올려놓기만 하면 작동시킬 수 있다.
이러한 본 발명은 균일한 자기장을 갖도록 개선된 형태의 송신코일 구조를 통해 수신코일의 위치에 상관없이 일정한 전압을 얻을 수 있어 무선마우스뿐만 아니라 휴대폰 충전 등 다양한 가전기기에도 폭넓게 적용할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명의 수신모듈은 AA건전지 등의 일반 건전지 사이즈로 모듈화함에 따라 기존의 건전지 사이즈를 전원으로 사용하는 무선마우스의 설계변경 없이도 건전지소켓에 장착하기만 하면 무선마우스 급전패드로부터 공급되는 전원을 무선전력전송을 통해 공급받을 수 있으며, 무선마우스 구동을 위해 일반적인 배터리를 사용하지 않으므로 배터리 폐기물 증가에 따른 환경오염을 막을 수 있으며 배터리 전해액의 누액 등에 의한 마우스 고장을 막을 수 있고, 잦은 배터리 충전 및 교체를 해줘야 하는 문제에서 상대적으로 자유로워지는 장점도 있다.
도 1은 일반적인 무선전력 전송용 송신코일 및 자기장분포를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈의 전체 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선전력 전송용 송신코일 및 자기장 본포를 도시한 도면이다.
도 4는 일반적인 송신코일과 본 발명의 송신코일 위에서 임의의 수신코일에 쇄교하는 자기장 면적분 값을 비교한 예이다.
도 5는 본 발명의 무선마우스에 구비되는 수신모듈이 내장되는 케이스의 외관을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 무선마우스에 구비되는 수신모듈의 대략적인 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 수신모듈 내부의 전력수신용 PCB를 확대 도시한 도면이다.
도 8은 페라이트 유무에 따른 자기장 분포를 비교 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈은 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드(100) 상에서 자기유도방식 무선전력전송을 이용하여 배터리 없이 무선마우스(200)를 동작시키도록 안정적인 전원공급이 가능하며, 무선마우스(200)에는 수신코일(212)과 정류기(214), 선형 레귤레이터(216)를 일반적인 1.5V건전지인 AA건전지의 형상과 크기를 가지도록 모듈화한 수신모듈(210)을 포함한다.
이와 같은 본 발명의 전체적인 시스템은, 무선마우스 급전패드(100)와 무선전력전송 수신모듈(210)로 구성된다.
우선 상기 무선마우스 급전패드(100)는 외부의 직류전원을 공급받는 USB포트(110)와, 상기 USB포트(110)를 통해 공급받는 직류전원을 교류(AC)전원으로 변환하는 인버터(120)와, 상기 인버터(120)에서 변환되는 교류(AC)전원이 공급되면 자기장을 발생하는 송신코일(130)을 포함한다.
이때, 상기 USB포트(110)는 외부의 직류전원을 PC, 노트북 등 다양한 전원공급수단으로부터 제공받으며, 이러한 직류전원은 5V 직류전원임이 바람직하다.
그리고, 상기 인버터(120)는 USB포트(110)를 통해 공급되는 5V 직류전원을 고주파 교류전원으로 변환한다. 이 경우 무선 전력 전송에 필요한 전류의 주파수는 10 kHz 이상임이 바람직하며, 본 발명은 인버터(120)에서 300KHz 교류로 변환한다. 이러한 인버터(120)는 게이트드라이버(121)와, 그 게이트드라이버(121)에 의해 스위칭되는 복수의 스위칭소자(122)로서 MOSFET(MOS field-effect transistor)을 사용한다.
상기 인버터(120)를 통해 변환된 고주파 교류전원은 송신코일(130)에서 자기장을 발생시키게 된다.
한편, 상기 무선전력전송 수신모듈(210)은 상기 송신코일(130)의 전자기 유도 에너지를 집전하여 교류전원을 유도하는 수신코일(212)과, 상기 수신코일(212)에서 유도된 교류전원을 정류하는 정류기(214)와, 상기 정류기(214)에서 정류된 직류전원을 일정하게 만드는 선형 레귤레이터(216)를 포함한다.
이때, 상기 정류기(214)는 반파 정류기로서, 반파 정류기의 전단에는 수신코일(212)의 공진을 맞추기 위한 공진용 캐패시터(213)가 연결되고, 상기 반파정류기의 후단에는 상기 반파 정류기를 통해 정류된 직류전원을 평활하는 평활용 캐패시터(215)가 연결된다.
이러한 무선전력전송 수신모듈(210)의 수신코일(212)은 무선마우스 급전패드(100)의 송신코일(130)이 발생한 자기장 내에 있으면 수신코일(212)에 300KHz의 고주파 교류전원이 유도된다. 이러한 고주파 교류전원은 정류기(214)와 선형 레귤레이터(216)를 거쳐 AA건전지의 출력전압과 같은 1.5V의 직류전원으로 변환하여 무선마우스(200)에 전력을 공급한다.
이와 같은 수신코일(212)과 주변회로인 정류기(214) 및 선형 레귤레이터(216)는 AA건전지 사이즈로 모듈화되어 통합된 형태로 제작되며, 이러한 수신모듈(210)은 AA건전지의 전압과 같은 출력전압과 크기로 설계했기 때문에 AA건전지를 사용하는 무선마우스(200)의 건전지를 대체할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 8을 참고로 본 발명의 무선마우스 급전패드(100)와 무선전력전송 수신모듈(210)의 특징을 좀 더 구체적으로 셜명한다.
도 3은 본 발명에 따른 무선전력 전송용 송신코일 및 자기장 본포를 도시한 도면으로, 도 3의 (a)는 본 발명에 따른 무선전력 전송용 송신코일(130)이며, 도 3의 (b)는 해당 송신코일(130)을 유한요소해석 프로그램을 이용해 시뮬레이션하여 자기장의 분포를 나타낸 것이다.
이에 의하면 본 발명의 무선전력 전송용 송신코일(130)은 코일의 턴(131)과 턴(132) 사이의 간격이 일정하지 않고 중앙에서 외곽으로 갈수록 턴(131)과 턴(132) 사이의 간격이 점점 줄어드는 형태로 이루어진다. 코일의 턴(131)과 턴(132) 사이의 간격은 유한요소 해석프로그램을 이용하여 간격을 변화시켜가며 최적의 간격을 얻었다.
이러한 무선전력 전송용 송신코일(130)은 급전패드의 중앙에서 가장자리 방향으로 나선형상으로 배치되는 구조로 이루어진다. 도시된 바와 같이 송신코일(130)은 사각형상의 급전패드 중앙에서 가장자리 방향으로 사각 나선형상을 이루며 외곽으로 갈수록 턴(131)과 턴(132) 사이의 간격이 점점 줄어드는 형태로 배치됨이 바람직하다.
한편, 도 4는 임의의 수신코일에 쇄교하는 자기장 면적분 값을 비교한 예로서, 도 4의 (a)는 일반적인 무선전력 전송용 송신코일 위에서 임의의 수신 코일의 위치에 따라 수신 코일을 쇄교하는 자기장을 면적분한 값을 그래프 상에 나타낸 것이며, 도 4의 (b)는 본 발명의 무선전력 전송용 송신코일(130) 위에서의 쇄교하는 자기장을 면적분한 값이다. 이는 임의의 수신코일은 AA건전지 사이즈인 12mm×50mm 사이즈를 기준으로 하였으며, 수신코일의 중심이 송신코일 상의 정 중앙에 있을 때 쇄교하는 자기장의 양을 1로 두고 그래프를 도식화하였다. 도 1에 도시한 바와 같은 일반적인 무선전력 전송용 송신코일과 비교했을 때 본 발명의 무선전력 전송용 송신코일(130)은 수신코일(212)의 위치가 변하더라도 수신코일(212)에 쇄교하는 자기장의 양이 상대적으로 균일하여 마우스가 패드의 외곽에 위치하더라도 충분한 유도전압이 발생하여 별도의 배터리 없이 무선전력 전송만으로 마우스에 전원공급이 가능하다.
도 5는 본 발명의 무선마우스에 구비되는 수신모듈(210)이 내장되는 케이스의 외관을 도시한 도면이다.
이에 의하면 수신모듈(212)이 내장되는 케이스(220)의 전체적인 외관 및 크기는 AA건전지의 사이즈와 유사하다. 케이스(220)의 재질은 자기장에 큰 영향을 주지 않는 플라스틱을 사용하며, 건전지의 +극과 -극에 해당하는 부분인 케이스(220)의 양단에는 전기가 통하는 금속재질로 +극 단자(221)과 -극 단자(222)를 구비하며, 내부에 무선전력전송이 가능한 수신모듈(210)과 전선으로 연결된다.
이러한 케이스(220)는 무선마우스(200)의 건전지소켓에 장착되는 것으로, 케이스(220)의 길이는 +극 단자를 포함하지 않을시 AA건전지 사이즈와 같은 50mm정도이며, +극 단자를 포함하는 경우 약 51mm정도이다.
도 6은 이러한 케이스(220) 내부에 내장되는 수신모듈(210)의 대략적인 구조로서, 도 6의 (a)는 수신모듈(210)의 사시도이고, 도 6의 (b)는 수신모듈(210)의 단면을 도시한 도면이다. 이에 의하면 수신모듈(210)은 도 5에 도시된 바와 같은 케이스(220) 내부에 들어갈 수 있는 사이즈로 제작하지만, 수신코일(212)은 결합계수를 크게 하기 위해 제한된 사이즈 내에서 최대한 크게 만들 것이 바람직하다.
이와 같은 수신모듈(210)은 무선전력전송을 위한 수신코일(212)이 구비되는 전력수신용 PCB(210a)와, 상기 전력수신용 PCB(210a)의 상부에 구비되어 자기장으로 인한 전자파 간섭현상을 최소화하기 위한 페라이트층(210b)과, 상기 페라이트층(210b)의 상부에 구비되어 상기 수신코일(212)에서 받은 전류를 정류하기 위한 회로가 있는 정류용 PCB(210c)로 구성된다.
즉, 본 발명의 수신모듈은 3개의 요소로 구성되어 있으며 가장 아래층은 무선전력전송을 위한 수신코일(212)이 있는 전력수신용 PCB(210a), 중간층은 자기장으로 인한 전자파 간섭현상을 최소화하기 위한 페라이트층(210b), 가장 위층은 수신코일에서 받은 전류를 정류하기 위한 회로가 있는 정류용 PCB(210c)로 구성된다.
이러한 수신모듈(210)의 각 구성을 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 수신모듈(210) 내부의 가장 아래층인 전력수신용 PCB(210a)를 확대 도시한 도면이다. 이에 의하면 전력수신용 PCB(210a)는 무선전력 전송용 송신코일(130)에서 보내는 에너지를 자기유도방식 무선전력전송으로 받기위한 장치이며, PCB(PRINTED CIRCUIT BOARD)를 이용하여 구성한다. 이 경우 전력수신용 PCB(210a)는 PCB기판에 송신코일용 패턴(pattern)을 도금 형태로 형성한 구조로 제작할 수 있다.
이와 같이 PCB를 이용하는 이유는 전선을 감싸서 수신코일(212)을 만들 때에 비해서 코일의 저항이 큰 문제가 존재하나 제조단가가 상대적으로 낮고 제조가 간단하다는 장점이 있기 때문이다. 수신코일의 품질계수(Q factor)가 낮을수록 설계전압 대비 실제 유도되는 전압이 낮아진다. 품질계수는 저항이 증가할수록 낮아지는데 수신코일의 크기가 작고 PCB코일 자체가 저항이 크기 때문에 높은 품질계수를 얻기가 어렵다.
따라서, 저항을 낮춰서 품질계수를 높이기보다는 코일의 인덕턴스를 높게하여 설계전압을 높여서 원하는 전압을 유도하는 방법을 사용하여야 한다. 인덕턴스는 코일의 면적에 비례하고 코일의 턴 수의 제곱에 비례하는데, 코일의 면적은 정해져있기 때문에 PCB의 여러층을 직렬로 연결하여 높은 인턱턴스를 얻는 설계를 사용한다.
본 발명에서는 4.5턴의 코일을 도선이 0.3mm의 너비와 2oz의 두께를 가지는 PCB로 4층을 직렬연결한 수신코일을 설계하였다. 이때, 인덕턴스는 23.2372 uH이고, 저항은 300kHz에서 3.5080ohm, 무선전력 전송용 송신코일(130)과의 결합계수는 0.03이고, 품질계수는 12.4837이다. 모든 값은 300khz에서 설계했을 때가 기준이다. 이와 같은 실시 예의 설계 구조는 설계 조건에 따라서 기판의 층수를 조절하거나 PCB코일이 아닌 전선을 감은 코일로 제작하여 인덕턴스와 저항값을 조절할 수 있다.
그리고, 도 8은 페라이트 유무에 따른 자기장 분포를 비교 도시한 도면이다. 이에 의하면 도 8의 (a)는 페라이트가 없을 때 자기장의 분포를 유한요소 해석프로그램으로 시뮬레이션한 것이며, 도 8의 (b)는 페라이트가 있을때 자기장의 분포를 시뮬레이션한 것이다. 페라이트를 추가시 페라이트 위로 통과하는 자기장이 줄어들기 때문에 가장 상층부의 정류회로에서 전자파 간섭(EMI)을 줄일 수 있고 수신코일의 인덕턴스를 높이고 품질계수를 개선할 수 있기 때문에 수신코일 위에 배치하였다.
또한, 상기 페라이트층(210b)의 상부에 구비되는 정류용 PCB(210c)는 PCB기판에 수신코일(212)의 공진을 맞추기 위한 커패시터(213)와, 교류를 직류로 정류하기 위한 정류기(214)인 반파 정류기와, 전압을 일정하게 만들기 위한 선형 레귤레이터(216)를 포함한다.
이와 같은 정류용 PCB(210c)는 입력부는 전선으로 수신코일(212)과 연결되며, 출력부는 전선으로 수신모듈(210)이 장착되는 케이스(220)의 +극 단자(221)와 -극 단자(222)에 연결되어 수신모듈(210)을 무선마우스(200) 내부의 건전지 삽입부에 장착할시 직류전원을 공급할 수 있다.
이상의 수신모듈(210)은 AA건전지 사이즈로 모듈화함에 따라 기존의 AA건전지 사이즈를 전원으로 사용하는 무선마우스(200)의 건전지소켓에 장착하기만 하면 무선전력전송을 통해 전원을 공급받을 수 있다.
따라서, 기존에 사용하던 건전지를 사용하는 무선마우스(200)에 장착된 건전지를 제가한 후 별도의 설계변경없이 그대로 수신모듈(210)을 간편하게 장착하여 무선마우스의 전원 공급용으로 사용할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 무선마우스 급전패드 110: USB포트
120: 인버터 130: 송신코일
200: 무선마우스 210: 수신모듈
210a: 전력수신용 PCB 210b: 페라이트층
210c: 정류용 PCB 212: 수신코일
214: 정류기 216: 선형 레귤레이터
220: 케이스

Claims (9)

  1. 자기장을 발생하는 송신코일을 포함하는 무선마우스 급전패드와, 무선마우스에 구비되어 상기 송신코일의 전자기 유도 에너지를 집전하는 수신코일을 포함하는 무선전력전송 수신모듈로 구성되며,
    상기 송신코일은 중앙에서 외곽으로 갈수록 턴과 턴 사이의 간격이 점점 줄어드는 형태로 배치되고,
    상기 수신모듈은 무선마우스의 AA건전지가 삽입되는 건전지소켓에 장착되도록 AA건전지의 형상과 크기를 가지도록 이루어지고 자기장에 영향을 주지않는 플라스틱 재질로 이루어지는 케이스에 내장되며,
    상기 케이스의 양단에는 건전지의 +극과 -극에 해당하는 부분으로서 전기가 통하는 금속재질로 +극 단자과 -극 단자를 구비하여 상기 수신모듈과 전선으로 연결되어 AA건전지가 삽입되는 건전지소켓에 장착되어 전기적으로 연결되고,
    상기 수신모듈은 무선전력전송을 위한 수신코일이 구비되는 전력수신용 PCB와, 상기 전력수신용 PCB의 상부에 구비되어 자기장으로 인한 전자파 간섭현상을 최소화하기 위한 페라이트층과, 상기 페라이트층의 상부에 구비되어 상기 수신코일에서 받은 전류를 정류하기 위한 회로가 있는 정류용 PCB로 구성되며,
    상기 정류용 PCB는 PCB기판에 수신코일의 공진을 맞추기 위한 커패시터, 교류를 직류로 정류하기 위한 반파정류기, 전압을 일정하게 만들기 위한 선형 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 송신코일은 사각형상의 급전패드 중앙에서 가장자리 방향으로 사각 나선형상을 이루며 외곽으로 갈수록 턴과 턴 사이의 간격이 점점 줄어드는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 무선마우스 급전패드는 외부의 직류전원을 공급받는 USB포트와, 상기 USB포트를 통해 공급받는 직류전원을 교류(AC)전원으로 변환하는 인버터와, 상기 인버터에서 변환되는 교류(AC)전원이 공급되면 자기장을 발생하는 송신코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 USB포트는 외부의 5V 직류전원을 제공받고, 상기 인버터는 5V 직류전원을 300KHz 고주파 교류전원으로 변환하는 것을 특징으로 하는 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 무선전력전송 수신모듈은 상기 송신코일의 전자기 유도 에너지를 집전하여 교류전원을 유도하는 수신코일과, 상기 수신코일에서 유도된 교류전원을 정류하는 정류기와, 상기 정류기에서 정류된 직류전원을 일정하게 만드는 선형 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 정류기는 반파 정류기이며, 상기 반파 정류기의 전단에는 수신코일의 공진을 맞추기 위한 공진용 캐패시터가 연결되고, 상기 반파정류기의 후단에는 상기 반파 정류기를 통해 정류된 직류전원을 평활하는 평활용 캐패시터가 연결되는 것을 특징으로 하는 균일한 자기장을 갖는 무선마우스 급전패드 및 무선전력전송 수신모듈.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170256978A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-07 Logitech Europe S.A. Wireless charging for an input device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090060488A (ko) 2007-12-10 2009-06-15 정다은 무선마우스의 충전장치
KR20150054641A (ko) * 2013-11-11 2015-05-20 삼성전기주식회사 비접촉 방식 전력 전송 코일 및 비접촉 방식 전력 공급 장치
KR101641253B1 (ko) * 2014-05-20 2016-07-20 엘지전자 주식회사 무선 전력 수신장치 및 이를 구비하는 이동 단말기
KR101874487B1 (ko) 2017-01-13 2018-07-04 금오공과대학교 산학협력단 무선 충전 기능이 적용된 장패드 충전 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170256978A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-07 Logitech Europe S.A. Wireless charging for an input device

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